JP2003530823A - Method for increasing the yield of recombinant protein in a microbial fermentation process - Google Patents
Method for increasing the yield of recombinant protein in a microbial fermentation processInfo
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Abstract
(57)【要約】 フェドバッチ発酵における組換え蛋白質の生産のための先行技術の方法の使用は、しばしば、組換え産物合成の誘導後に、プラスミド不含細胞による培養の過剰増殖をもたらし、比生成物収率の低下を導く。そこで、培養中の炭素/エネルギー源の濃度を絶えず短い期間で低下又は上昇させることによって組換え蛋白質の収率が高められる。炭素/エネルギー源を含むフィード溶液の供給速度を変えることによって振動を作り出す。この方法は、炭素制限フェドバッチを用いて培養されるすべての微生物に適する。 (57) [Summary] The use of prior art methods for the production of recombinant proteins in fed-batch fermentations often results in overgrowth of the culture with plasmid-free cells after induction of recombinant product synthesis, leading to a reduction in specific product yield . Thus, the yield of recombinant protein is increased by constantly reducing or increasing the concentration of the carbon / energy source in the culture over a short period of time. Vibration is created by varying the feed rate of the feed solution containing the carbon / energy source. This method is suitable for all microorganisms that are cultured using carbon-limited fed-batch.
Description
【0001】
細菌における工業的規模での組換え蛋白質の生産は発酵槽において実施される
。容積当りの細胞量を高めることにより、フラスコ振とう機で行われる研究室規
模での実験に比べて収率の上昇が実現される。バッチフェド技術は高い細胞密度
を達成しうる。これは、炭素/エネルギー源を一般的に制限する、栄養源の増殖
制限的添加に基づいている(例えば、Riesenberg,D.とGuthk
e,R.,1999,App.Microbiol.Biotechnol.5
1,422−430)。大腸菌(E.coli)の工程に関しては、これは通常
グルコース又はグリセロールである。あるいは、しかしながら、使用する微生物
と工程に依存して、糖みつ、デンプン、ペプトン、ラクトース、メタノール、及
びアセテートのような他の基質も使用される。高度に濃縮されたフィード溶液を
継続的に添加することができ、一定期間にわたって基質の添加を規定する、又は
直線的に上昇及び低下させるために様々な機能を使用することが可能である。し
ばしば単一工程内で様々な機能を組み合わせる。あるいは、栄養溶液をパルスで
(律動的に)又は時間間隔を置いて加えることもでき、栄養分の消費又は栄養分
量の低下が所与の濃度以下に達することが次のパルスのシグナルとして働く(例
えばTerasawaら、1990,EP0 397 097 A1号)。基質
溶液の添加はまた、他のパラメータを用いて調節することもできる。オンライン
で測定される溶存酸素(DO−stat)、pH(pH−stat)、又は排気
中の二酸化炭素と酸素の濃度(例えばKernsら、Acta Biotech
nol.8,285−289)を制御データとして使用して、栄養液の周期的供
給を導くことができる。それを行う際に、基質の濃度は制限的濃度と非制限的濃
度の間で変化する。Chenら(1997,Biotechnol.Bioen
g.56,23−31)は、高度濃縮培地をバッチフェド培養に周期的に加えた
ときのプラスミド安定性の上昇を測定した。これらの手順においては、1サイク
ルが数分間又は数時間続くことがあり、これは生成物の形成に有害な作用を及ぼ
す。Production of recombinant proteins on an industrial scale in bacteria is carried out in fermenters. By increasing the amount of cells per volume, an increased yield is realized compared to laboratory scale experiments performed on a flask shaker. Batch fed technology can achieve high cell densities. It is based on the growth-limiting addition of nutrients that generally limit carbon / energy sources (eg, Riesenberg, D. and Guthk.
e, R.E. , 1999, App. Microbiol. Biotechnol. 5
1, 422-430). For the E. coli process, this is usually glucose or glycerol. Alternatively, however, depending on the microorganism and process used, other substrates such as molasses, starch, peptone, lactose, methanol and acetate are also used. The highly concentrated feed solution can be added continuously and various functions can be used to define the addition of substrate over a period of time or to linearly increase and decrease. Often combines various functions in a single step. Alternatively, the nutrient solution can be added in pulses (rhythmically) or at timed intervals, such that consumption of nutrients or a decrease in nutrient content below a given concentration serves as a signal for the next pulse (eg, Terasakawa et al., 1990, EP0 397 097 A1). Substrate solution addition can also be adjusted using other parameters. Dissolved oxygen (DO-stat), pH (pH-stat), or carbon dioxide and oxygen concentrations in the exhaust gas measured online (eg Kerns et al., Acta Biotech).
nol. 8, 285-289) can be used as control data to guide the periodic supply of nutrient solution. In doing so, the concentration of substrate varies between limiting and non-limiting concentrations. Chen et al. (1997, Biotechnol. Bioen.
g. 56, 23-31) measured the increase in plasmid stability when highly concentrated medium was periodically added to batch fed cultures. In these procedures, one cycle may last for minutes or hours, which has a detrimental effect on product formation.
【0002】
遺伝子発現のための標準的なベクターは、複製起点に加えて、通常、所望する
蛋白質をコードするDNA配列(生成物遺伝子)ならびに培養増殖の間プラスミ
ドの安定な保存を保証するのに役立つ選択マーカを含むプラスミドである。生成
物遺伝子の発現は通常調節配列、特に調節可能なプロモーターを通して制御され
る。生成物遺伝子の発現は、例えば化学的誘導物質(基質、基質類似体)、培養
温度又は他の培養条件(pH値、塩濃度、基質濃縮の度合)の変化によって活性
化される。特に、制限基質を変化させることによって、又はラクトースによるt
acプロモーターの誘導とグルコースフィードからラクトースフィードへの切り
替えによっても誘導が起こりうる(Neubauerら、1992、Appl.
Microbiol.Biotechnol.36,739−744)。抗生物
質に対して耐性を持つ宿主細胞を提供する遺伝子は、宿主細胞におけるプラスミ
ドの安定な保存のための選択マーカとして役立つ。そこで、耐性遺伝子を担わな
いプラスミド不含細胞を死滅させる又はその増殖を阻害するために、通常、組換
え蛋白質生産のための培養中に対応する抗生物質を加える。一般に使用される耐
性遺伝子/抗生物質の対は、β−ラクタマーゼ/アンピシリン、クロラムフェニ
コール−アセチルトランスフェラーゼ/クロラムフェニコール、テトラサイクリ
ン耐性(tet)−オペロン/テトラサイクリン、及びカナマイシン耐性遺伝子
/カナマイシンである。In addition to the origin of replication, standard vectors for gene expression usually ensure that the DNA sequence encoding the desired protein (product gene) as well as the stable storage of the plasmid during culture growth. A plasmid containing a useful selectable marker. Expression of the product gene is usually controlled through regulatory sequences, especially regulatable promoters. The expression of the product gene is activated by, for example, changes in chemical inducers (substrate, substrate analog), culture temperature or other culture conditions (pH value, salt concentration, degree of substrate concentration). In particular, t by changing the restriction substrate or by lactose
Induction can also occur by induction of the ac promoter and switching from a glucose feed to a lactose feed (Neubauer et al., 1992, Appl.
Microbiol. Biotechnol. 36, 739-744). Genes that provide host cells with resistance to antibiotics serve as selectable markers for stable storage of plasmids in host cells. Therefore, in order to kill the plasmid-free cells that do not carry the resistance gene or inhibit their growth, the corresponding antibiotics are usually added to the culture for producing the recombinant protein. Commonly used resistance gene / antibiotic pairs are β-lactamase / ampicillin, chloramphenicol-acetyltransferase / chloramphenicol, tetracycline resistance (tet) -operon / tetracycline, and kanamycin resistance gene / kanamycin. .
【0003】
これらの耐性系の一部は、アンピシリンやクロラムフェニコールの場合のよう
に、抗生物質が耐性遺伝子によって不活性化されるという弱点を持つ(例えばK
emp G.W.とBritz M.L.,1987 Biotechnol.
Techniques 1,157−162)。この不活性化が及ぼす影響は、
培養中にプラスミド不含細胞の増殖を妨げるものがなくなるということである。
さらに、耐性を仲介する蛋白質が予備培養中の培地に放出されて抗生物質の分解
を促進する可能性がある。これらの場合には、培養全体におけるプラスミド不含
細胞の比率が上昇しうる。さらに、大部分の工業的工程においては、残存する極
微量の抗生物質又はその不活性化形態を除去しなければならないため、コスト上
の理由から又はその後の清掃に付随する余分な費用のゆえに、抗生物質は使用さ
れない。同時にそのような工程においては、ある程度の割合のプラスミド不含細
胞が出現する。Some of these resistance systems have the weakness that antibiotics are inactivated by resistance genes, as in the case of ampicillin and chloramphenicol (eg K
emp G.M. W. And Britz M .; L. , 1987 Biotechnol.
Techniques 1, 157-162). The effect of this inactivation is
That is, there is nothing that prevents the growth of plasmid-free cells in the culture.
In addition, resistance-mediating proteins may be released into the culture medium during pre-culture to promote antibiotic degradation. In these cases, the proportion of plasmid-free cells in the overall culture can be increased. Furthermore, in most industrial processes, trace amounts of residual antibiotic or its inactivated form must be removed, either for cost reasons or because of the extra costs associated with subsequent cleaning. No antibiotics are used. At the same time, some proportion of plasmid-free cells appear in such a process.
【0004】
プラスミド不含細胞はしばしば増殖期には増殖が少ないという利点を持つが、
多くの場合、生成物の形成が開始されたあと、プラスミドを含む産生細胞の増殖
率の低下が起こり、その結果プラスミド不含細胞群による培養の過剰増殖が引き
起こされる。プラスミド不含細胞の集積は、総細胞数における生成物の相対的比
率を低下させるという難点があり、選択する分解と清掃の方法に依存して、これ
らの発酵後のステップをより困難にする。Although plasmid-free cells often have the advantage of low proliferation during the growth phase,
In many cases, after the product formation is initiated, there is a decrease in the growth rate of the plasmid-containing producer cells, which results in overgrowth of the culture by plasmid-free cells. The accumulation of plasmid-free cells has the drawback of reducing the relative proportion of products in the total cell number, making these post-fermentation steps more difficult, depending on the method of degradation and cleaning chosen.
【0005】
ベクターを構築するとき、例えば耐性遺伝子の選択、代替的な抗生物質非依存
性の安定化システムの使用を通して(MolinとGerdes,WO84/0
1172号)、又はより緩やかに分解する修飾された抗生物質を使用することに
よって、これらの有害作用を制限することが可能であるが、やはり問題の多い耐
性が使用される。さらに、代替的システムのいずれもが無限に安定ではない;一
定の期間しか安定性を維持することができない。When constructing the vector, for example through selection of resistance genes, use of alternative antibiotic independent stabilization systems (Molin and Gerdes, WO 84/0.
1172), or modified antibiotics that degrade more slowly, it is possible to limit these adverse effects, but again problematic resistance is used. Moreover, none of the alternative systems are infinitely stable; they can only remain stable for a period of time.
【0006】
特許請求項1に述べる本発明は、バッチフェド発酵において、特に工業的適用
において、生成物形成にマイナスの作用を及ぼすことなく組換え産物合成の誘導
後のプラスミド不含細胞の過剰増殖を抑制するという課題に基づく。The invention as claimed in claim 1 provides for the overgrowth of plasmid-free cells after induction of recombinant product synthesis in batch fed-fermentation, especially in industrial applications, without negatively affecting product formation. Based on the challenge of restraint.
【0007】
特許請求項1に挙げた特徴は、周期的な振動パターンで炭素/エネルギー源の
濃度を上昇/低下させることによってこの問題を解決する。これは、炭素/エネ
ルギー源を含むフィード溶液の添加速度を変化させることによって、例えばフィ
ード溶液を定量するポンプの対応するプログラミングによって達成される。これ
は、細胞が限られた量の基質しか使用できない又は全く使用できない、継起的な
相を導く。The features recited in claim 1 solve this problem by increasing / decreasing the concentration of the carbon / energy source in a periodic vibration pattern. This is achieved by varying the rate of addition of the feed solution containing the carbon / energy source, for example by corresponding programming of the pump to meter the feed solution. This leads to a successive phase in which the cells can use only a limited amount of substrate or none at all.
【0008】
振動は組換え工程において産物形成に有害な作用を及ぼすというこれまでの見
解に反して、最大サイクル期間が4分間で、サイクルの個々の相が最大限2分間
続くように目標化された振動は、意外にも生成物の収率にプラスの影響を及ぼす
。約1分間のサイクル期間(30秒間のフィード、30秒間の休止)が特に好ま
しい。Contrary to previous belief that oscillations have a detrimental effect on product formation in the recombination process, the maximum cycle duration is 4 minutes and the individual phases of the cycle are targeted to last up to 2 minutes. Surprisingly, the vibrations have a positive effect on the product yield. A cycle period of about 1 minute (30 seconds feed, 30 seconds rest) is especially preferred.
【0009】
炭素の制限下で組換え産物の生成が誘導されるすべての組換え増殖制限工程に
基本的には適用できるこの方法の利点は、発酵培地にさらなる基質を加える必要
がないこと、使用する発現系に無関係であること、そして産物の生成に有害な作
用を及ぼさないことである。この手順はバッチフェド工程に特に適しており、か
かる工程では、グルコース、ラクトース、アラビノース、又はガラクトースのよ
うな糖、又はメタノール、グリセロール、糖みつ、又はデンプンのような他の有
機炭素原を制限栄養素として培地に加える。かかる手順は培養培地とは無関係で
あり、無機塩培地ならびに自然培地での培養に使用することができる。The advantage of this method, which is basically applicable to all recombinant growth restriction steps in which the production of recombinant products is induced under carbon limitation, is that no additional substrate has to be added to the fermentation medium. Irrelevant to the expression system in which it is expressed and that it does not have a deleterious effect on the production of the product. This procedure is particularly suitable for batch fed processes in which sugars such as glucose, lactose, arabinose, or galactose, or other organic carbon sources such as methanol, glycerol, molasses, or starch as limiting nutrients. Add to medium. Such a procedure is independent of the culture medium and can be used for culturing in mineral salts medium as well as natural medium.
【0010】
この方法は、宿主生物として大腸菌(Escherichia coli)に
限定されず、枯草菌(Bacillus subtilis)、ビール酵母菌(
Saccharomyces cerevisiae)、又はPichia p
astorisのような、炭素制限バッチフィードを用いて培養されるすべての
微生物に関して使用できる。この方法は誘導系にも無関係である。しかし、ta
cプロモーターを使用するとき特に有益である。This method is not limited to Escherichia coli as a host organism, but may be Bacillus subtilis or brewer's yeast (
Saccharomyces cerevisiae), or Pichia p
It can be used with all microorganisms cultivated using a carbon restricted batch feed, such as astoris. This method is also independent of the induction system. But ta
It is particularly beneficial when using the c promoter.
【0011】
かかる手順は、遺伝子産物の発現が強力に誘導され、産生細胞の増殖が非誘導
培養に比べて有害な影響を受けるとき、特に有益である。さらに、この手順は、
生産期が特に長い工程において、例えば組換え蛋白質のペリプラズム発現におい
て又は産物生成期が温度変化に関係するときに有益である。Such a procedure is particularly beneficial when the expression of the gene product is strongly induced and the proliferation of producer cells is detrimentally affected compared to uninduced culture. In addition, this procedure
It is useful in processes with a particularly long production phase, for example in the periplasmic expression of recombinant proteins or when the product production phase is associated with temperature changes.
【0012】
操作方法
菌株及びプラスミド
Escherichia coli K−12 RB791(F−,IN(r
mD−rmE)1,λ−,lacIqLg;E.coli Stock Cen
ter,New Haven,USA)を宿主として使用した。この菌株を、S
accharomyces cerevisiaeからのα−グルコシダーゼ遺
伝子がtacプロモーターの制御下にあるプラスミドpKK177glucC(
Kopetzkiら、1989a)で形質転換した。当該プラスミドはβ−ラク
タマーゼ遺伝子をその選択マーカとして含む。さらに、プラスミドpKK177
glucCに加えて、dnaY遺伝子(Minor−tRNA argU,AG
A/AGG)を含むプラスミドpUBS520(Brinkmannら、198
9)を形質転換した第二の系を使用した。Operation method Strain and plasmid Escherichia coli K-12 RB791 (F − , IN (r
mD-rmE) 1, λ − , lacI q L g ; coli Stock Cen
ter, New Haven, USA) was used as the host. This strain, S
The plasmid pKK177glucC (where the α-glucosidase gene from A. cerevisiae cerevisiae is under the control of the tac promoter.
Transformation with Kopetzki et al., 1989a). The plasmid contains the β-lactamase gene as its selectable marker. Furthermore, the plasmid pKK177
In addition to glucC, the dnaY gene (Minor-tRNA argU, AG
A / AGG) containing plasmid pUBS520 (Brinkmann et al., 198).
The second system transformed from 9) was used.
【0013】
培養培地及び発酵条件
グルコース−アンモニウム−無機塩培地(Teichら、1998、J.Bi
otechnol.64,197−210)をすべての培養に使用した。グルコ
ースの初期濃度は5g/lであった。フィード溶液は、200gグルコース/k
g及び対応する濃度の培地のすべての成分(例外:(NH4)2SO4 2.0
g/l)及び10ml/lの微量元素溶液を含んだ(Holmeら、1970)
が、MgSO4は含まなかった。培養中、これを1M MgSO4溶液10ml
、OD500=9で加えた。アンピシリン(100mg/l)とカナマイシン(
10mg/l)を予備培養と発酵培地の両方に加えた。ポリプロピレングリコー
ル2000(50%)を消泡剤として使用した。Culture medium and fermentation conditions Glucose-ammonium-inorganic salt medium (Teich et al., 1998, J. Bi
otechnol. 64, 197-210) was used for all cultures. The initial concentration of glucose was 5 g / l. The feed solution is 200 g glucose / k
g and all components of the medium at corresponding concentrations (exception: (NH 4 ) 2 SO 4 2.0
g / l) and 10 ml / l of trace element solution (Holme et al., 1970).
However, MgSO 4 was not included. 10 ml of 1M MgSO 4 solution during culturing
, OD 500 = 9. Ampicillin (100 mg / l) and kanamycin (
10 mg / l) was added to both preculture and fermentation medium. Polypropylene glycol 2000 (50%) was used as the defoamer.
【0014】
37℃で増殖させた発酵無機塩培地での振とう培養を発酵接種材料として使用
した。すべての発酵は、6lのBiostat ED Bioreactors
において4Lの初期容量と35℃の温度で実施した。培養はバッチ培養として開
始した。この段階で、少なくとも20%のDOTを維持するために通気率と撹拌
を段階的に調節した。バッチ段階の終了時に、DOT制御を不活性化し、通気率
と撹拌速度を2vvm又は800rpmに設定した。25%アンモニア溶液を使
用してpH値を7.0に調節した。バッチ段階の終了時に、約2g DCW/l
(OD500=9)の細胞密度で、フィードポンプを53.2g/時(2.6g
グルコース/l/時)の一定速度で始動した。加えたグルコースの総量は、フィ
ード方法にかかわりなく、すべての培養において同じであった。3つの異なる給
餌戦略を検討した:(A)継続的フィード(対照培養)、(B)1分のサイクル
(30秒間フィード、30秒間休止)での間欠的フィード、(C)4分のサイク
ル(2分間フィード、2分間休止)での間欠的フィード。フィードを開始してか
ら3時間後に1mM IPTGを加えて、α−グルコシダーゼ遺伝子の発現を誘
導し、誘導後約20時間にわたって生成物形成を追跡した。Shake cultures in fermented mineral salts medium grown at 37 ° C. were used as fermentation inoculum. All fermentations were run with 6 liters of Biostat ED Bioreactors.
At an initial volume of 4 L and a temperature of 35 ° C. The culture was started as a batch culture. At this stage, the aeration rate and agitation were adjusted stepwise to maintain a DOT of at least 20%. At the end of the batch stage, the DOT control was deactivated and the aeration rate and agitation speed was set to 2 vvm or 800 rpm. The pH value was adjusted to 7.0 using 25% ammonia solution. Approximately 2 g DCW / l at the end of the batch stage
At a cell density of (OD 500 = 9), a feed pump was 53.2 g / hr (2.6 g).
It was started at a constant rate of glucose / l / h). The total amount of glucose added was the same in all cultures, regardless of feed method. Three different feeding strategies were investigated: (A) continuous feed (control culture), (B) intermittent feed with a 1 minute cycle (30 second feed, 30 second rest), (C) 4 minute cycle ( 2 minutes feed, 2 minutes rest) intermittent feed. 1 mM IPTG was added 3 hours after the feed was initiated to induce expression of the α-glucosidase gene and product formation was followed for approximately 20 hours after induction.
【0015】
分析方法
500nmでの光学密度(OD500)を測定することによって細胞増殖を追
跡した。計数板(深さ0.02mm)において顕微鏡下で細胞数をさらに測定し
、乾燥細胞重量(DCW)を測定した(Teichら、1998、J.Biot
echnol.64,197−210参照)。栄養寒天平板上に希釈サンプルを
播き、少なくとも3日間インキュベートすることによってコロニー形成単位(c
fu)数を測定した。次にレプリカ平板法でこれらの平板を選択寒天に押しつけ
ることによってプラスミドの安定性を調べた。DCW、OD500及び細胞数の
関係は次のように特徴づけられた:1g/lのDCWは4.5±0.1のOD5 00
及び1.8×109/mlの細胞数に対応する。市販の酵素キットを使用し
てグルコース濃度を測定した。Analytical Method Cell proliferation was followed by measuring the optical density at 500 nm (OD 500 ). The cell number was further measured under a microscope in a counting plate (depth 0.02 mm) to determine the dry cell weight (DCW) (Teich et al., 1998, J. Biot.
echnol. 64, 197-210). Colony forming units (c) by plating diluted samples on nutrient agar plates and incubating for at least 3 days.
fu) The number was measured. The stability of the plasmids was then investigated by pressing these plates onto selective agar by the replica plate method. DCW, the relationship OD 500 and cell number following manner characterized: DCW of 1 g / l corresponding to OD 5 00 and 1.8 × 10 9 / ml Number of cells 4.5 ± 0.1 To do. Glucose concentration was measured using a commercially available enzyme kit.
【0016】
SDSゲル(5%収集ゲル、7%分離ゲル)において全細胞サンプルを分離し
たあと、α−グルコシダーゼ濃度を測定した。生成物細片をスキャニングして発
現を実施し、様々な濃度でゲル中に置いた生成物標準と比較して定量した。The α-glucosidase concentration was measured after separating whole cell samples on SDS gels (5% collecting gel, 7% separating gel). Product strips were scanned to perform expression and quantified relative to product standards placed in the gel at various concentrations.
【0017】
結果
E.coli RB791 pKK177glucC及びE.coli RB
791 pKK177glucC pUBS520を、グルコース制限バッチフ
ィードを用いて撹拌反応器で培養した。最初のバッチ段階後、一定フィードを開
始し、フィード開始から3時間後に1mM IPTGを加えてα−グルコシダー
ゼ遺伝子の発現を誘導した。誘導後、α−グルコシダーゼ濃度が上昇し、それに
よって誘導から約5時間後に細胞当りの酵素の比濃度がその最大値に達して、よ
り長期間の培養では低下し始める(図1c参照)。α−グルコシダーゼ比濃度の
低下は、プラスミド不含細胞による培養の過剰増殖のためである。プラスミド不
含細胞は、α−グルコシダーゼの産生は増殖に有害な影響を及ぼし、生産細胞の
グルコース取込みの阻害も引き起こすので、誘導後増殖に多いに有利である。培
養中に存在する、生成物遺伝子を含まない細胞は、誘導物質IPTGによって影
響されず、グルコースの高いアベイラビリティーのゆえに際限なく増殖し続ける
。Results E. coli RB791 pKK177glucC and E. coli. coli RB
791 pKK177glucC pUBS520 was cultivated in a stirred reactor using a glucose limited batch feed. After the first batch step, a constant feed was started, and 3 hours after the feed was started, 1 mM IPTG was added to induce the expression of the α-glucosidase gene. After induction, the α-glucosidase concentration rises, which causes the specific concentration of enzyme per cell to reach its maximum about 5 hours after induction and begins to decline in longer-term cultures (see FIG. 1c). The decrease in the α-glucosidase specific concentration is due to overgrowth of the culture by plasmid-free cells. Plasmid-free cells are highly advantageous for post-induction growth because the production of α-glucosidase has a detrimental effect on growth and also causes an inhibition of glucose uptake by the producing cells. The product gene-free cells present in culture are unaffected by the inducer IPTG and continue to grow endlessly due to the high availability of glucose.
【0018】
グルコース溶液を継続的に添加せずに、約1分の間隔の短いサイクルのパルス
で加えた場合(「試験材料及び方法」参照)、誘導後一定フィードと同様にα−
グルコシダーゼが集積する。しかし、プラスミド不含細胞群による過剰増殖は、
パルスの期間に依存して予防することができる(図1d参照)。プラスミド不含
細胞の抑制へのこの積極的な作用は、図1に示す強力な発現系においてのみなら
ず、E.coli RB791 pKK177glucC系でのα−グルコシダ
ーゼの弱い発現においても明らかであった(図2、表1)。さらに、パルスフィ
ードは、誘導後両方の場合に合成速度に対してわずかにプラスの影響を及ぼし、
また最初の場合には生成物の安定性にもわずかにプラスに作用し、生成物の90
%以上が封入体の形態で存在した。サイクル時間の定義は重要な因子である。提
示した両方の実験において、サイクル時間を4分に延長すると、生成物の量の低
下、従って収率の低下を引きおこす(図1、2及び表1参照)。この場合もプラ
スミド不含細胞の過剰増殖は低減したが、より長いサイクル時間は生成物合成の
低下又は分解の増加を導く。When the glucose solution was not continuously added, but in pulses of short cycles with an interval of about 1 minute (see “Test materials and methods”), the α-as was the case with the constant feed after induction.
Glucosidase accumulates. However, overgrowth by plasmid-free cells is
It can be prevented depending on the duration of the pulse (see Figure 1d). This positive effect on the suppression of plasmid-free cells is not limited to the strong expression system shown in FIG. It was also apparent in the weak expression of α-glucosidase in the E. coli RB791 pKK177glucC system (FIG. 2, Table 1). Moreover, the pulse feed has a slightly positive effect on the synthesis rate in both cases after induction,
In the first case it also has a slight positive effect on the stability of the product,
% Or more was present in the form of inclusion bodies. The definition of cycle time is an important factor. In both experiments presented, extending the cycle time to 4 minutes leads to a reduction in the amount of product and thus a reduction in yield (see Figures 1, 2 and Table 1). Again, overgrowth of plasmid-free cells was reduced, but longer cycle times lead to reduced product synthesis or increased degradation.
【0019】[0019]
【表1】 [Table 1]
【0020】 図面は次のことを示す:[0020] The drawings show:
【0021】
図1
1mM IPTGによって誘導したE.coli RB791 pKK177
glucC pUBS520に関するバッチフェド発酵。グルコース基質溶液の
継続的添加(a−c;白い記号:誘導なし;黒い記号:誘導あり)と同じ溶液の
サイクル添加(d−f)(黒三角:1分のサイクル;白三角4分のサイクル)の
比較。(a、d)細胞量(DCW)、(b、e)グルコース濃度、(c、f)産
物の生成(mgα−グルコシダーゼ/g細胞乾燥重量)。提示したデータは、継
続的添加について実施した2回の実験とサイクル添加に関する各々1回の実験の
特徴的発酵を示す。基質溶液の添加の開始時間(・・・・・・)、IPTGによる誘導
はフィード開始から3時間後に実施した(−−−−)。FIG. 1 E. coli induced by 1 mM IPTG. coli RB791 pKK177
Batch fed fermentation with glucC pUBS520. Cycle addition of the same solution as continuous addition of glucose substrate solution (ac; white symbol: no induction; black symbol: with induction) (black triangle: 1 minute cycle; white triangle 4 minute cycle) )comparison. (A, d) Cell mass (DCW), (b, e) Glucose concentration, (c, f) Product production (mg α-glucosidase / g cell dry weight). The data presented show the characteristic fermentation of two experiments performed for continuous addition and one experiment each for cycle addition. The start time of the addition of the substrate solution (...) and the induction with IPTG were carried out 3 hours after the start of the feed (---).
【0022】
図2
1mM IPTGによって誘導したE.coli RB791 pKK177
glucCに関するバッチフェド発酵。グルコース基質溶液の継続的添加(a−
c;白い記号:誘導なし;黒い記号:誘導あり)と同じ溶液のサイクル添加(d
−f)(黒三角:1分のサイクル;白三角4分のサイクル)の比較。(a、d)
細胞量(DCW)、(b、e)グルコース濃度、(c、f)産物の生成(mgα
−グルコシダーゼ/g細胞乾燥重量)。さらなる説明については、図1参照のこ
と。FIG. 2 E. coli induced by 1 mM IPTG. coli RB791 pKK177
Batch fed fermentation for glucC. Continuous addition of glucose substrate solution (a-
c; white symbol: no induction; black symbol: induction, same cycle addition (d)
-F) (black triangle: 1 minute cycle; white triangle 4 minute cycle) comparison. (A, d)
Cell mass (DCW), (b, e) glucose concentration, (c, f) product production (mgα
-Glucosidase / g cell dry weight). See FIG. 1 for further explanation.
【0023】
図3
1分のサイクルでの発酵におけるポンプボール概要図を示す。溶存酸素(DO
T、%、−v−)の反応ならびにポンプの切り替え(0=オフ、1=オン、−)
と共に、発酵の小さな部分を示している。FIG. 3 shows a schematic diagram of a pump ball in fermentation in a 1-minute cycle. Dissolved oxygen (DO
T,%, -v-) reaction and pump switching (0 = off, 1 = on,-)
Together, it shows a small part of the fermentation.
【図1】
1mM IPTGによって誘導したE.coli RB791 pKK177
glucC pUBS520に関するバッチフェド発酵の経過を示す。FIG. 1 E. coli induced by 1 mM IPTG. coli RB791 pKK177
1 shows the course of batch fed fermentation for glucC pUBS520.
【図2】
1mM IPTGによって誘導したE.coli RB791 pKK177
glucCに関するバッチフェド発酵の経過を示す。FIG. 2. E. coli induced by 1 mM IPTG. coli RB791 pKK177
1 shows the course of batch fed fermentation with glucC.
【図3】 1分のサイクルでの発酵におけるポンプボール概要図を示す。[Figure 3] FIG. 2 shows a schematic diagram of a pump ball in fermentation in a 1-minute cycle.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU, AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,C N,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES ,FI,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU, ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,K R,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV ,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO, NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,S I,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA ,UG,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW Fターム(参考) 4B064 AG01 CA02 CA19 CC04 CC24 CD04 CD06 CD07 CD09 CD19 CD22 4B065 AA26X AB01 BA02 BB06 BB08 BB15 BB16 BB18 BB26 BC18 BC50 CA24 CA31 CA60─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, C N, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, EE, ES , FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, K R, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV , MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, S I, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA , UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW F-term (reference) 4B064 AG01 CA02 CA19 CC04 CC24 CD04 CD06 CD07 CD09 CD19 CD22 4B065 AA26X AB01 BA02 BB06 BB08 BB15 BB16 BB18 BB26 BC18 BC50 CA24 CA31 CA60
Claims (9)
に低下又は上昇させることを特徴とする、微生物発酵工程において組換え蛋白質
の収率を高めるための方法。1. A method for increasing the yield of recombinant protein in a microbial fermentation process, which comprises oscillatingly decreasing or increasing the concentration of carbon / energy source in the culture in a short cycle.
せることによって振幅が生じることを特徴とする、請求項1に記載の方法。2. Method according to claim 1, characterized in that the amplitude is produced by varying the feed rate of the feed solution containing the carbon / energy source.
相の期間が最大限2分間であることを特徴とする、請求項1及び2に記載の方法
。3. A method according to claims 1 and 2, characterized in that the maximum duration of one cycle is 4 minutes and the duration of a single phase of this cycle is a maximum of 2 minutes.
が最大限でも総サイクル時間の75%であることを特徴とする、請求項1から3
のいずれかに記載の方法。4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the duration of one cycle is 1 minute and the duration of the phases of this cycle is at most 75% of the total cycle time.
The method described in any one of.
化させるように炭素/エネルギー源を培養に加えることを特徴とする、請求項1
から3のいずれかに記載の方法。5. A carbon / energy source is added to the culture so as to periodically change the addition rate of the substrate solution for a certain part of the process.
4. The method according to any one of 3 to 3.
給速度を制御することを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の方法。6. Process according to claim 1, characterized in that the feed rate is controlled by the cyclic activation and deactivation of the addition of the feed solution.
タノール、アセテート、糖みつ、又はデンプンを炭素/エネルギー基質として使
用することを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の方法。7. The method according to claim 1, wherein glucose, glycerol, lactose, galactose, methanol, acetate, molasses or starch is used as carbon / energy substrate.
するためにIPTG又はインドリルアクリル酸(IAA)、又はラクトース、ア
ラビノース、ガラクトース、又はメタノール(既にエネルギー源として使用され
ていない場合)を培養に加えることを特徴とする、請求項1から7のいずれかに
記載の方法。8. Depending on the promoter used, IPTG or indolyl acrylic acid (IAA), or lactose, arabinose, galactose, or methanol to induce the production of recombinant products (already used as an energy source. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that (if not present) is added to the culture.
する、請求項1から9のいずれかに記載の方法。9. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that a temperature change occurs upon induction of the production of recombinant products.
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